В МФТИ создали умные наночастицы для точечной борьбы с раком и инфекциями
Борьба человечества с патогенами продолжается, так как микробы находят все новые пути обхода иммунной системы и эффекта лекарств. Поэтому необходимо создавать качественно новые методы лечения и диагностики заболеваний. Исследователи МФТИ и университета «Сириус» с этой целью получили новые наноматериалы на основе ДНК. Они открывают возможность избирательно убивать патогены и раковые клетки, но не здоровые ткани, благодаря решениям логических задач молекулярными компьютерами.
Результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале Theranostics. Физтехи и другие российские ученые продолжают работать над созданием инновационных наноматериалов, в том числе на основе ДНК. Это направление имеет большую ценность для биомедицины, биотехнологий и в целом относится к числу самых перспективных. Проблемой заняты группы ученых из лаборатории нанобиотехнологий МФТИ и направления нанобиомедицины университета «Сириус» под руководством Максима Никитина, доктора физико-математических наук, лауреата Государственной премии Российской Федерации в области науки и технологий 2024 года.
«Меня как ученого всегда интересовала проблема создания “умных”, я бы даже сказал “интеллектуальных” наноматериалов для терапии,— рассказал Максим Никитин.— Основная проблема борьбы с большинством социально значимых заболеваний (например, онкологическими) состоит не только в уничтожении самих злокачественных клеток: они из-за потребности в безудержном делении как раз более уязвимы, чем нормальные клетки. Проблема именно в их избирательном уничтожении. Необходимо как можно меньше повреждать окружающие здоровые клетки и ткани».
Для этого надо хорошо знать «метки» болезнетворности — ученые называют их биомаркерами. К сожалению, в подавляющем большинстве случаев единственного и абсолютного биомаркера нет. Патологические клетки отличает целый набор признаков, которые следует рассматривать одновременно. Таким образом, приходится решать логическую задачу вида «если в окружении этой клетки присутствует маркер А, а также обязательно маркер Б, но ни в коем случае маркер В, то ее надо уничтожить».
Коллектив авторов новой статьи предлагает использовать подход, который развивает уже более десяти лет. В 2014 году исследователи выдвинули инновационную концепцию «интеллектуальных» терапевтических наноагентов, способных решать логические задачи и запускать, в зависимости от результата, ту или иную лечебную функцию. Суть той работы — в создании многослойных наноконструкций, которые меняют свою структуру в зависимости от сочетания (профиля) малых молекул в растворе. Эти молекулы заставляют частицу терять внешние слои и переходить из активного в выключенное состояние.
Неактивная конструкция остается практически безвредной и никак себя не проявляет, однако при активации способна, например, убивать те клетки, чей молекулярный «портрет» совпадает с заданным. Важно отметить, что такие наноконструкции можно сделать чувствительными к разным комбинациям определенных молекул (молекулярных входов) в их окружении, что дает возможность создавать логические функции практически неограниченной степени сложности.
Статья 2014 года показала примеры реализации логических функций (гейтов) с использованием связей, образованных белковыми молекулами, например антиген—антитело. Затем авторы распространили принцип на другие биомолекулы — нуклеиновые кислоты.
«Интеллектуальный анализ РНК и ДНК не только дополняет иммунохимические подходы высокочувствительными методами детекции вирусов, бактериальных патогенов, онкозаболеваний и так далее. Он приближает нас к решению одной из главных загадок нашего столетия — обнаружению в крови человека большого числа свободно циркулирующих коротких фрагментов ДНК и РНК, чьи функции поначалу откровенно недооценивали. Сейчас же очевидно, что такие последовательности превратились из „биологического шума” в мощный инструмент современной медицины. Они играют важную роль в регуляции генов, межклеточной коммуникации и развитии заболеваний. А изучение таких нуклеиновых кислот открывает новые возможности для неинвазивной диагностики, мониторинга состояния пациентов и даже персонализированной терапии»,— сказал первый автор статьи, кандидат химических наук Владимир Черкасов.
Поначалу переход к новому объекту казался несложным: понятная концепция, удобный объект исследований и так далее. Однако десять лет спустя авторы признают, что над РНК и ДНК пришлось потрудиться.
«Молекула ДНК — идеальный объект для создания сложных логических устройств,— пояснила один из авторов, Елизавета Мочалова.— Легкий синтез, предсказуемая структура и реакционная способность, широкий спектр специфичности (от малых молекул до белков и макромолекул). Но мы столкнулись с проблемами, связанными с поведением ДНК на поверхности наночастиц, и их пришлось преодолевать при разработке наноагентов».
Ученым удалось продемонстрировать четкость срабатывания логических гейтов, в том числе при взаимодействии с раковыми клетками. А главное — показать возможность реализации сложных гейтов (со многим входами) на одной-единственной частице, что является ключевым шагом к созданию терапевтических нанороботов, действующих непосредственно в живом организме. Авторы надеются, что вскоре эта задача будет решена.
Новая публикация — продолжение цикла исследований в области создания «умных» наноматериалов. Ранее исследователи сумели повысить их чувствительность к молекулярным входам вплоть до очень низких концентраций; увеличили эффективность наноагентов путем «обмана» иммунной системы организма, значительно увеличив продолжительность циркуляции наноагентов в крови, и даже открыли фундаментальные механизмы внутриклеточной регуляции и передачи информации.
Конечная цель — создание безопасных и эффективных наноагентов для борьбы с инфекциями на самой ранней стадии их проявления.
Telegram 
Дзен 
VK Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
Старший преподаватель кафедры физики и технической механики РТУ МИРЭА Николай Зенченко проанализировал принципы работы одежды с маркировкой UPF — технологии, которая блокирует до 98% ультрафиолетового излучения. В отличие от солнцезащитного крема, такая защита не смывается водой и действует весь день, но при этом требует правильного выбора материала. Эксперт развеял популярные мифы: почему мокрая хлопковая футболка не спасает от ожогов, можно ли загореть в UPF-купальнике и зачем горнолыжной куртке защита от солнца.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно